UJI TARIK

LAPORAN PRAKTIKUMTKI 238 - Praktikum Pengetahuan Material

Nama: Regina AndrianiNIM: 2013-043-087Kelompok: ATanggal Praktikum: 14 April 2015Asisten: Jessica Sariana

LABORATORIUM KARAKTERISASI & REKAYASA MATERIALPRODI TEKNIK MESIN - FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS KATOLIK INDONESIA ATMA JAYAJAKARTA2015UJI TARIK

I. TUJUANMenentukan kekuatan dan keuletan bahan dan komponen yang terbuat dari baja, serta memperkirakan ketangguhannya.

II. TEORI DASARTerminologi Uji Tarik diberikan bila pada sebuah spesimen diberikan beban tarik (quasi) statis secara bertahap hingga putus. Uji tarik merupakan satu dari sekian banyak uji mekanik yang paling sederhana.Dalam uji tarik dibutuhkan sebuah spesimen dengan penampang dapat berbentuk bulat (d), persegi maupun persegi panjang (a), artinya spesimen dapat berbentuk pelat atau silinder. Umumnya untuk logam dipilih bentuk silinder sebagai spesimen. Bagian tengah dari spesimen berdiameter lebih kecil dari bagian pinggir, meskipun tidak selalu demikian, seperti tertera pada Gambar 1. Untuk spesimen berbentuk lingkaran, ukuran diameter luas (D) spesimen yang digunakan ialah 19 mm dan ukuran diameter dalam (d) ialah 12,8 mm. Gauge length (L0) (yang digunakan dalam perhitungan keuletan) memiliki ukuran 50 mm, dan panjang reduction section (Lc) ialah 60 mm.

Gambar 1. Bentuk spesimen uji tarik: (a) penampang berbentuk bulat; (b)penampang berbentuk persegi panjang [2]

Hubungan antara tegangan dan regangan sebagai hasil dari uji tarik secara umum digambarkan dalam suatu diagram yang dikenal sebagai diagram tegangan-regangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Diagram Tegangan-Regangan Tegangan didefinisikan sebagai gaya yang terdistribusi secara internal di dalam material, yang diukur menggunakan persamaan (1), sedangkan regangan merupakan perubahan panjang yang terjadi karena perubahan tegangan dalam proses penarikan dalam dimensi linier, seperti ditunjukkan dalam persamaan (2).

Tegangan Teknis, ; (N/mm2)(1)Regangan Teknis, (2)

Keterangan :F : Gaya tarik(N)A0: Luas penampang awal (mm2)L: Pertambahan panjang(mm)L0: Panjang awal (mm)

Pada awal penarikan, hubungan antara tegangan dengan regangan mengikuti garis lurus OA. Daerah ini disebut sebagai daerah elastis, yaitu daerah bila spesimen diberi beban akan bertambah panjang dan apabila beban dihilangkan maka spesimen akan kembali ke bentuk semula, perubahan bentuk yang terjadi tidak tetap atau dikenal sebagai deformasi elastis. Hubungan antara tegangan dan regangan di daerah elastis dinyatakan dalam Hukum Hooke, dengan persamaan sebagai berikut:(3)

Keterangan : : Tegangan(N/mm2) : ReganganE : Modulus elastisitas/modulus Young

Penarikan selanjutnya tidak lagi menghasilkan hubungan yang linier antara tegangan dengan regangan, garis lengkung AC, daerah ini disebut sebagai daerah plastis. Kondisi ini menyatakan bahwa apabila spesimen diberi beban akan bertambah panjang namun apabil beban dihilangkan maka spesimen tidak akan kembali ke bentuk semula, terjadi perubahan bentuk yang tetap/ permanen, atau dikenal sebagai deformasi plastis. Bila dicermati lebih lanjut, garis lengkung AC terdiri atas dua bagian yaitu AB dan BC, kedua garis lengkung tersebut memberikan deformasi plastis yang berbeda. Pada daerah lengkung AB, deformasi plastis yang terjadi homogen namun tidak demikian halnya di daerah lengkung BC, deformasi plastis yang terjadi tidak homogen. Pada saat penarikan mencapai tegangan maksimum, B, terjadi pengecilan spesimen setempat yang dikenal sebagai necking, kondisi inilah yang menyebabkan daerah BC perubahan bentuknya tidak lagi homogen. Penarikan sampai titik C akan menyebabkan spesimen putus (fracture).Melalui grafik stress-strain, disamping kekuatan tarik, u, dapat pula ditentukan kekuatan luluh (yield strength), y, dengan menggunakan metode offset-strain, regangan diatur pada nilai 0,2 % atau bahkan 0,5 % untuk kondisi tertentu.

Pada saat penarikan, sebenarnya terjadi perubahann luas penampang per satuan waktu penarikan yang berbeda, oleh karena itu tegangan dan regangan yang sbeenarnya terjadi mengikuti persamaan sebagai berikut :Tegangan sebenarnya, ; (N/mm2)(4)Regangan sebenarnya, (5)

Keterangan :P: Gaya tarik(N)Ai: Luas penampang pada setiap kondisi penarikan(mm2)Li : Pertambahan panjang pada setiap kondisi penarikan(mm)L0 : Panjang awal(mm)

Permukaan patahan logam dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu patah ulet dan patah getas (ductile and brittle fracture). Pembagian ini didasarkan pada kemampuan logam untuk mengalami deformasi plastis. Patah ulet biasanya ditunjukkan dengan munculnya bentuk cup-cone pada patahan, yang menunjukkan terjadinya deformasi plastis secara cukup besar. Sebaliknya, pada patahan getas, retakan terjadi sagat singkat dengan diikuti deformasi plastis yang sangat sedikit.

Gambar 3. Jenis patahan spesimen : Patah ulet (Kiri) dan patah getas (Kanan) [2]

III. PERALATAN PRAKTIKUMa. Mesin uji tarik Hung Ta HV 9501, Gambar 4.b. Mistar sorong, penggaris, penitik.c. Spesimen yang dapat terdiri dari: baja karbon, tembaga, kuningan, dan aluminium

Gambar 4. Mesin Uji Tarik Hung Ta HV 9501

IV. PROSEDUR PERCOBAANa. Ukur panjang spesimen dan catat pada lembar datab. Ukur panjang awal (gauge length, L0)c. Ukur diameter/ tebal spesimend. Dokumentasikan benda ujie. Letakkan specimen pada tempatnya di mesin uji tarik, kencangkan gripper agar tidak terjadi slip. Tentukan benda uniaksial yang pertama harus diberikan dan lakukan penarikan sampai spesimen patahf. Satukan patahan dari spesimen uji dan ukur panjang aktif (Lf), diameter/ tebal akhir spesimeng. Analisis permukaan patahan dari spesimen menggunakan stereo mikroskop.

Gambar 5. Geometri spesimen uji tarik dengan penampang lingkaran [1]

V. TUGAS DAN PERTANYAAN1. Dari data yang diperoleh buatlah diagram tegangan terhadap regangan teknis (engineering), dan tentukan kekuatan logam, baik ultimate tensile strength maupun yield strength, keuletan serta perkirakanlah ketangguhannya.

Gambar 6. Grafik Tegangan-Regangan Engineering

Max Force = 76488.125 N Tensile Strength = = = 623.27351 N/mm2 0.2% Y.S.= 0.2% x 623.27351 = 1.24655Berdasarkan dari diagram tegangan terhadap regangan teknis (engineering), kekuatan logam bersifat ulet, sesuai dengan bentuk patahan yang terjadi yaitu berbentuk cup-cone.2. Jelaskan perbedaan antara deformasi elastis dan plastis ditinjau secara mikroskopik.Secara mikrokopis, deformasi dapat dilihat sebagai perubahan bentuk dan ukuran. Deformasi dibedakan atas deformasi elastis dan plastis. Deformasi elastis merupakan perubahan bentuk yang terjadi bila ada gaya yang berkerja, serta akan hilang bila bebannya ditiadakan (benda akan kembali kebentuk dan ukuran semula). Sedangkan deformasi plastis adalah perubahan bentuk yang permanen, meskipun bebannya dihilangkan.3. Jelaskan yang dimaksud dengan necking serta bagaimana kondisi ini dapat menyebabkan awal terjadi perbedaan antara tegangan teknis dan tegangan sebenarnya?Necking adalah penyempitan luas permukaan specimen pada saat ditarik atau pada saat perpanjangan. Necking atau distribusi tegangan pada daerah penyempitan setempat pada uji tarik menimbulkan keadaan tegang tiga sumbu pada daerah penyempitan. Daerah penyempitan setempat sebenarnya merupakan fatique halus. Fatique yang dikenai beban tarik akan menghasilkan tegangan linear yang diperlukan dengan cara membagi beban tarik aksial dengan luas penampang lintas benda uji pada daerah penyempitan terkecil, lebih tinggi, dari pada yang dibutuhkan untuk menghasilkan aliran jika tegangan tariknya sederhana. Pada umumnya necking terjadi di tengah atau titik berat spesimen. Hal ini disebabkan karena distribusi tegangan yang tidak merata pada spesimen.4. Jelaskan apakah keuletan untuk logam yang sama akan sama apabila gauge length-nya berbeda?Keuletan untuk logam yang sama tidak akan sama jika gauge length-nya berbeda. Keuletan menggambarkan kemampuan untuk berdeformasi secara plastik tanpa menjadi patah. Keuletan dapat diukur dengan besarnya regangan plastik yang terjadi setelah batang uji putus. Keuletan biasanya dinyatakan dengan persentase perpanjangan (persentage elongation):D = (Li Lo)/Lo x 100%Dimana Li = panjang gauge length setelah putus. Rumus di atas sudah jelas menunjukkan bahwa gauge length akan mempengaruhi keuletan logam.5. Jelaskan bagaimana pengaruh ikatan atom terhadap modulus elastisitas logam?Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom. Gaya atom ini tidak dapat diubah tanpa terjadinya perubahan mendasar dari sifat bahannya. Oleh karena itu, modulus elastisitas merupakan sifat mekanik bahan yang tidak mudah untuk diubah. Modulus elastisitas hanya dapat berubah dalam jumlah tertentu oleh perlakuan panas, atau pengerjaan dingin, atau penambahan paduan tertentu.6. Jelaskan apa yang dimaksud dengan viskoelastisitas serta berikan contohnya!Viskoelastisitas adalah karakteristik mekanis gabungan antara liquid dan polimer pada temperatur yang tinggi. Contoh bahan yang termasuk viskoelastik diantaranya yaitu: produk yang semi solid, makanan, kosmetik.

VI. LEMBAR DATA, PERHITUNGAN DAN ANALISIS

VI.2 PERHITUNGAN Max Force = 76488.125 N Tensile Strength = = = 623.27351 N/mm2 0.2% Y.S.= 0.2% x 623.27351 = 1.24655 Elongation= = = 0.36 x 100% = 36%

Perhitungan Tegangan dan Regangan Engineering Perhitungan No. 2 = = 0.95924 = = = 0.0058 Perhitungan No. 3 = = 1.59873 = = = 0.0091 Perhitungan No. 4 = = 2.63514 = = = 0.01245 Perhitungan No. 5 = = 4.42131 = = = 0.01580

Perhitungan No. 6 = = 7.48645 = = = 0.0191

Perhitungan Tegangan dan Regangan True Perhitungan No. 2 = (1 + ) = 0.95924 (1 + 0.0058) = 0.96480 N/mm2 = ln (1 + ) = ln (1 + 0.0058) = 0.00578 Perhitungan No. 3 = (1 + ) = 1.59873 (1 + 0.0091) = 1.61327 N/mm2 = ln (1 + ) = ln (1 + 0.0091) = 0.00906 Perhitungan No. 4 = (1 + ) = 2.63514 (1 + 0.01245) = 2.6675 N/mm2 = ln (1 + ) = ln (1 + 0.01245) = 0.01237 Perhitungan No. 5 = (1 + ) = 4.42131 (1 + 0.01580) = 4.49116 N/mm2 = ln (1 + ) = ln (1 + 0.01580) = 0.01568 Perhitungan No. 6 = (1 + ) = 7.48645 (1 + 0.0191) = 7.62944 N/mm2 = ln (1 + ) = ln (1 + 0.0191) = 0.01892

Tabel 1. Perhitungan Tegangan-Regangan Engineering dan TrueNo.XY Eng. Eng. True True

1059.535260.4851300.485130

20.29117.71740.959240.00580.96480.00578

30.455196.19571.598730.00911.613270.00906

40.6225323.38472.635140.012452.667950.01237

50.79542.58264.421310.01584.491160.01568

60.955918.73727.486450.01917.629440.01892

71.12251464.02611.92980.0224512.19760.0222

81.292096.48817.08350.025817.52430.02547

91.47752809.33522.89220.0295523.56870.02912

101.6453502.80628.54310.032929.48210.03237

111.814198.53534.21230.036235.45080.03556

121.97754962.86640.44060.0395542.040.03879

132.14255762.6746.95790.0428548.970.04196

142.316580.17953.61940.046256.09670.04516

152.47757443.82960.6570.0495563.66260.04836

162.64258327.91467.86110.0528571.44760.0515

172.819237.86175.27590.056279.50640.05468

182.977510184.0682.98610.0595587.9280.05784

193.14511164.7390.97730.062996.69970.061

203.312512165.6299.13320.06625105.7010.06415

213.477513207.02107.6190.06955115.1040.06724

223.64514271.33116.2920.0729124.7690.07037

233.8115365.3125.2060.0762134.7470.07344

243.977516470.01134.2080.07955144.8840.07654

254.14517603.03143.4410.0829155.3320.07964

264.312518775.16152.9920.08625166.1870.08273

274.4819924.29162.3560.0896176.9030.08581

284.64521122.22172.1170.0929188.1070.08883

294.812522334.96181.9990.09625199.5170.0919

304.9823580.09192.1450.0996211.2830.09495

315.14524849.47202.4890.1029223.3250.09794

325.312526133.65212.9530.10625235.580.10098

335.4827435.32223.560.1096248.0620.104

345.647528766.65234.4090.11295260.8850.10701

355.812530122.22245.4550.11625273.9890.10997

365.9831465.55256.4010.1196287.0670.11297

Tabel 1. Perhitungan Tegangan-Regangan Engineering dan True (Lanjutan)No.XY Eng. Eng. True True

376.147532862.86267.7870.12295300.7120.11596

386.31534243.85279.0410.1263314.2830.11894

396.4835700.42290.910.1296328.6110.12186

406.647537142.04302.6570.13295342.8950.12482

416.812538628.14314.7660.13625357.6530.12773

426.9840072.38326.5350.1396372.1190.13068

437.147541535.77338.460.14295386.8430.13361

447.31543043.03350.7420.1463402.0550.13654

457.4844561.01363.1110.1496417.4330.13941

467.647546052.84375.2680.15295432.6650.14232

477.81547568.52387.6180.1563448.2030.14523

487.982549109.9400.1780.15965464.0670.14812

498.147550680.48412.9770.16295480.2710.15096

508.312552265.82425.8950.16625496.70.15379

518.4853906.28439.2620.1696513.7610.15666

528.64555513.09452.3560.1729530.5680.15948

538.812557148.11465.6790.17625547.7550.16233

548.977558787.14479.0350.17955565.0450.16513

559.142560424.8492.3790.18285582.4110.16793

569.307562092.02505.9650.18615600.150.17071

579.47563729.63519.3090.1895617.7180.17353

589.6465403.51532.9490.1928635.7020.1763

599.80567084.09546.6440.1961653.840.17907

609.972568732.38560.0750.19945671.7820.18186

6110.137570348.38573.2430.20275689.4680.18461

6210.30571885.03585.7650.2061706.4910.18739

6310.4773214.63596.5990.2094721.5270.19012

6410.637574225.59604.8370.21275733.5160.19289

6510.802574825.18609.7230.21605741.4530.19561

6610.967575153.2612.3960.21935746.7250.19832

6711.13575362.91614.1050.2227750.8660.20106

6811.375559.19615.7040.226754.8530.20376

6911.46575782.35617.5220.2293759.120.20644

7011.632575971.91619.0670.23265763.0930.20917

7111.797576158.77620.590.23595767.0180.21184

7211.96576282.45621.5980.2393770.3460.21455

Tabel 1. Perhitungan Tegangan-Regangan Engineering dan True (Lanjutan)No.XY Eng. Eng. True True

7312.1376381.92622.4080.2426773.4040.21721

7412.29576457.21623.0220.2459776.2230.21986

7512.462576488.13623.2740.24925778.6240.22254

7612.627576473.34623.1530.25255780.530.22518

7712.79576363.1622.2550.2559781.490.22785

7812.9676236.74621.2250.2592782.2470.23048

7913.12576027.02619.5160.2625782.1390.23309

8013.292575720.52617.0190.26585781.0530.23574

8113.457575309.14613.6660.26915778.8350.23835

8213.622574803.66609.5470.27245775.6190.24094

8313.7974200.05604.6290.2758771.3850.24357

8413.957573553.41599.360.27915766.6710.2462

8514.122572879.88593.8710.28245761.610.24877

8614.287572179.45588.1640.28575756.2320.25134

8714.45571461.55582.3140.2891750.6610.25394

8814.6270740.95576.4420.2924744.9930.2565

8914.78570006.9570.460.2957739.1460.25905

9014.952569251.34564.3040.29905733.0590.26163

9115.117568513.23558.2890.30235727.0880.26417

9215.28567714.64551.7820.3057720.4610.26674

9315.4566941.58545.4820.309714.0360.26926

9415.61566126.84538.8430.3123707.1240.27178

9515.7865299.98532.1050.3156700.0380.27429

9615.947564446.24525.1490.31895692.6450.27684

9716.11563585.77518.1370.3223685.1320.27937

9816.282562670.16510.6760.32565676.9780.2819

9916.4561750.51503.1820.329668.7290.28443

10016.6260789.17495.3490.3324660.0020.28698

10116.787559809487.3620.33575650.9930.28949

10216.95558805.96479.1880.3391641.6810.292

10317.122557763.93470.6970.34245631.8870.2945

10417.2956669.44461.7780.3458621.4610.29699

10517.457555564.18452.7720.34915610.8570.29947

10617.627554387.65443.1850.35255599.430.30199

10717.79553180.18433.3460.3559587.5730.30447

10817.9651924.29423.1120.3592575.0940.3069

Gambar 7. Grafik Tegangan-Regangan Engineering

Gambar 8. Grafik Tegangan-Regangan True

VI.3 ANALISISDari grafik tegangan-regangan engineering dan true yang telah dipaparkan di atas, dapat dilihat bahwa garis awal masing-masing grafik tersebut mengalami kebengkokan. Hal ini dsebabkan karena pemasangan spesimen uji tarik yang kurang kencang pada mesin uji tarik, sehingga pada pembuatan grafik manual nilai sumbu x dan sumbu y dikurangi sejumlah nilai yang mengalami kebengkokan agar memperoleh gambar grafik yang tepat.Patahan yang terjadi memiliki panjang yang tidak rata akibat pemasangan awal spesimen pada mesin yang kurang tepat. Patahan yang terbentuk pada proses uji tarik ini tergolong dalam jenis patahan ulet, karena kedua bagian patahan memiliki bentuk permukaan. Permukaan yang terbentuk adalah cup-cone, dimana salah satu bagian menghasilkan permukaan yang cekung ke dalam, sedangkan permukaan yang lainnya menghasilkan permukaan yang cembung.Dari perhitungan tegangan dan regangan yang telah dilakukan, dibuat dua grafik berbeda, yaitu grafik Tegangan-Regangan Engineering dan grafik Tegangan-Regangan True. Grafik engineering menggambarkan kondisi sebenarnya yang terjadi pada spesimen, dimana pada saat mencapai kondisi tertentu spesimen akan mengalami perubahan sifat dari elastis menjadi plastis, sehingga kurva yang tadinya terus memuncak sedikit demi sedikit akan mengalami penurunan. Sedangkan grafik True menggambarkan kondisi yang seharusnya terjadi. Pada grafik ini kurva terus mengalami peningkatkan, sesuai dengan kondisi yang ada, yaitu beban berbanding lurus dengan tegangan dan regangan berbanding lurus dengan pertambahan panjang. Oleh sebab itu, garis yang terbentuk pada kurva pun akan terus meningkat seiring dengan pertambahan beban dan perubahan panjang benda.

VII. SIMPULAN Pemasangan spesimen pada mesin uji tarik dapat mempengaruhi grafik tegangan dan regangan. Tegangan dipengaruhi oleh gaya dan luas penampang, regangan dipengaruhi oleh pertambahan panjang dan panjang awal benda. Jenis patahan yang terbentuk adalah cup and cone. Grafik engineering menggambarkan keadaan yang sebenarnya terjadi, grafik true menggambarkan kondisi yang seharusnya terjadi.

VIII. DAFTAR PUSTAKA[1] ---------, (2000): ASM Metals Handbook Volume 8: Mechanical Testing and Evaluation, ASM International, Ohio.[2] Callister, W. D., (2001): Fundamentals of Material Science and Engineering, John Willey & Sons, New York.[3] ---------, (1991): Annual Book of ASTM Standards, Section 3: Metal Test Methods and Analytical Procedure, Philadelphia.[4] Dieter, G. E., (1988): Mechanical Metallurgy, McGraw Hill Book Co., London.[5] Davis, H. E., et al., (1964): The Testing and Inspection of Engineering Materials, McGraw Hill Book Co., London.

IX. LAMPIRAN

Gambar 9. Mesin Uji Tarik